Návrh environmentálně vyspělého rodinného domu


Předmětem projektové studie v předmětu Specializovaný projekt 1, byl návrh environmentálně vyspělého rodinného domu zasazeného do reálného prostředí. Lokalita se nachází v obci Koleč cca 25km západně od Prahy. Návrh objektu respektuje aspekty udržitelnosti. Objekt je urbanisticky začleněn do okolí a architektonicky ztvárněn dle regulačních podmínek územního plánu.

Popis objektu

Navržený objekt je přizpůsobený obytným účelům – rodinný dům. V Návrhu bylo uvažováno o využívání objektu 5 osobami. Rodinný dům je dvou podlažní, bez podsklepení.

V 1.NP byl navržen obývací pokoj s kuchyní s jižní orientací, pracovna, WC se sprchou, vstup a místnost pro technické zázemí objektu. Ve 2.NP je navržena ložnice, dva pokoje, šatna a koupelna.

Dům je umístěn do severovýchodní části pozemku, jak kvůli využití jihozápadní strany pozemku pro rekreaci, tak i podle regulativ daného území.

Na pozemku se dále nachází garážové stání se zahradním domkem, systém pro čištění odpadních vod (kořenová čistírna), mokřadliště se nachází v severozápadní části pozemku. K objektu, v jihozápadní části, přiléhá obytná terasa s možností vstupu do jezírka (viz přiložená situace).

rd_pudorys_rezy

Definice pasivního domu

Na Zemi dochází k trvalému poškozování životního prostředí a klimatu. Dochází k nezadržitelnému vzestupu spotřeby energie, což je spojováno se stále vyšším životním standardem. Tohoto standardu lze ovšem dosáhnout i při rozumném zacházení s energií.

Jedním z nových ekologických trendů v Evropě je projektování a realizace pasivních domů. Tento dům je postaven tak, aby v průběhu své životnosti nenarušoval životní prostředí v takové míře jako domy jiné. Komfortní způsob života v domě, který lze postavit za prakticky stejné náklady jako běžnou novostavbu, je umožněn použitím naprosto jednoduchých principů a technologií.

Pasivní dům musí splňovat několik zásadních kritérií, která musí být ověřena výpočtem a měřením:

  • roční potřeba tepla na vytápění činí méně než 15 kWh/m2 obytné plochy za rok
  • celková roční spotřeba primární energie všech energií bez rozdílu účelu nesmí překročit 120kWh/m2 obytné plochy za rok
  • neprůvzdušnost budovy: při snížení tlaku vzduchu v budově o 50 Pa než okolní atmosféra může dojít k infiltraci max. 60% objemu vzduchu celé budovy za 1 hodinu
  • topný výkon při nejnižší teplotě v exteriéru (přibližně -12°C) musí být max. 10 W/ m2.a

Dosáhnutí těchto parametrů, je třeba omezit tepelné ztráty objektu. Dále se pasivní domy se vyznačují následujícími faktory:

  • využití vhodných typů tepelné izolace
  • využívání obnovitelných zdrojů energie
  • celková vzduchotěsnost
  • pasivní využití tepelných zisků ze slunečního záření
  • řízená výměna vzduchu pomocí rekuperátoru
  • stínění proti nežádoucím tepelným ziskům
  • využívání energeticky úsporných spotřebičů

Definování cílů a problémů projektu

V této studii se pokusím navrhnout skladby s nejnižší tloušťkou a zároveň nejnižším součinitelem prostupu tepla, tak aby byly co nejšetrnější k životnímu prostředí.

Nejšetrnější budou materiály na přírodní bázi. Je tedy třeba vybrat do skladeb materiály s nejnižšími hodnotami svázané energie, CO2 a SO2, také záleží na jejich vlastnosti recyklace. Bude navrženo minimálně 10 konstrukčních variant (obvodová stěna, střecha, strop v podkroví a podlaha na terénu), porovnají se podle kritérií (součinitel prostupu tepla (dále jen „Uem“), svázaná energie, CO2 a SO2, tloušťky konstrukce a celkové recyklovatelnosti). Problém může nastat například u skladby obsahující slámu. Sláma je 100% recyklovatelná i dobrý izolant, ale to jen při velké tloušťce, bude tedy třeba najít jiné možné řešení a pokusit se snížit velkou tloušťku konstrukce jinými materiály.

Při návrhu pasivního domu také záleží na použitých výplních otvorů a jejich vlastnostech, zejména prostupem tepla a napojení okenní spáry, které musí být dokonale těsné, tak jako i celá obálka budovy.

V závěru šetření bude vypočítán na nejlepší výslednou variantu průměrný součinitel prostupu tepla a celková spotřeba tepla na vytápění. Jelikož budou známy hodnoty Uem (nižší než zvolené hodnoty do prvního odhadového výpočtu) a dále do výpočtu budou zahrnuty reálné hodnoty oken a dveří, měli by být hodnoty průměrného Uem a celková potřeba tepla na vytápění být nižší než odhadovaný výpočet.

Ekologická likvidace odpadních vod

Ekologická likvidace odpadních vod u rodinných domů je velmi obtížná, zvláště pokud je nutné propojit ekonomickou a ekologickou stránku věci i řešit prostorové nároky a následné využití odpadních kalů.

Musíme vybrat vhodnou metodu pro likvidaci. Existují dvě základní možnosti:

  • kořenová čistírna odpadních vod (KČOV)
  • domácí čistírna odpadních vod (DČOV)

Vzhledem k tomu, že velikost pozemku umožňuje použití KČOV (zejména velikost mokřadliště v zimních měsících – snížená účinnost) byl výběr směřován právě k KČOV.

KČOV patří mezi přírodní čístírny, které využívají přirozené biochemické procesy, probíhající ve vodním a mokřadním prostředí, k odstraňování znečišťujících látek z vody. Jedná se tedy o umělé mokřadliště, což je zemní lože s  vegetací, živočichy a vodou, napodobující přirozené mokřady.

Doporučená plocha filtračního pole (mokřad) na 1 obyvatele užívaného objektu je 4 – 5 m2. Pro naši potřebu byla zvolena plocha 5 m2, tedy 25 m2, pro celý rodinný dům.

schéma čističky odpadních vod:

domovní odpadní potrubí – ležatý svod – revizní šachta – 3 komorový septik – regulační šachta – kořenová čistička – dočišťovací jezírka – jezírko – přepad do potoka (popř. zavlažování půdy)

Využití dešťové vody

Průměrná spotřeba pitné vody na jednoho obyvatele činí přes 100 litrů vody denně. Ale na přibližně 50% z této spotřeby není nutné mít kvalitní pitnou vodu, proto může být dešťová voda použita jako náhrada. Spotřeba dešťové vody závisí na tom, kde bude využívána a kolika osobami.

V současnosti se nabízí několik možností využívání dešťové vody:

  • zavlažování
  • praní
  • splachování WC
  • údržba (mytí auta)

schéma zisku dešťové vody:

okap (se síťovinou, k zachycení nečistot) – pojistný filtr v okapovém svodu – gaiger – filtrace v nádrži na dešťovou vodu – filtr na hadici k čerpadlu – čerpadlo napojeno na pitnou vodu (kdyby došla dešťová) – přepad

V současné době je možné využít plastové nebo betonové nádrže na dešťovou vodu, v obou případech se jedná o prefabrikáty. Pro náš objekt byl navržen systém podzemních plastových nádrží CARAT.

Spotřeba energie elektrických spotřebičů

Do výpočtu elektrické energie, kterou spotřebují el. spotřebiče byli zahrnuty např. (televize, pračka, žehlička, počítač, myčka nádobí, mixér, rychlovarná konvice ,vysavač ,toustovač, lednička + mrazák, sporák). Spotřeba elektrické energie spotřebičů byla vypočítána na kartě „spotřeba elektrické energie“.

spotreba_energie

Energetická náročnost budovy

Doposud byly budovy hodnoceny podle pouze metodou zohledňující měrnou potřebu tepla na vytápění objektu. Faktory, které ovlivňovaly hodnocení, byly tepelně technické vlastnosti budovy. Energetickou náročnost budovy z pohledu celkové spotřebované energie, ovlivňují všechny systémy podílející se na spotřebě a výrobě energie. Princip výpočtu respektuje základní schéma toku energie, kdy dodaná energie je transformována ve zdroji energetického systému, výstup energie ze zdroje je dodáván do distribučního systému budovy a distribuční systém předává energii do jednotlivých systémů sdílení energie v různých zónách budovy.

Základním hodnotícím ukazatelem hodnocení energetické náročnosti budovy je celková roční dodaná energie, vč. energie vyrobené v budově obnovitelnými zdroji energie a spotřebované v budově. Celková dodaná energie představuje spotřebu energie pro:

  • vytápění
  • chlazení
  • osvětlení
  • přípravu TUV
  • vzduchotechniku
  • provoz zařízení zajišťující provoz jednotlivých systémů

Hodnocení budov je prováděno podle vyhlášky č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov (výpočet energií po ročních, měsíčních, denních nebo hodinových časových úsecích provozu). Energetická náročnost budovy se stanoví výpočtovou metodou z návrhových veličin (viz stránka „energetická náročnost budovy“, výpočet proveden pomocí nástroje NKN, jedná se o přibližná data.

Při použití 12 m2 fotovoltaických panelů a účinnosti 14% je celkový zisk energie roven 40,8 kW/m2 rok. Celková potřeba energie na provoz budovy je 45,8 kW/m2 rok. Z těchto výsledků vyplývá, že je třeba zejména v zimních měsících budovu napájet z vnějšího zdroje, přičemž v letních měsících budova odevzdává přebytek energie do veřejné sítě.

 Využití obnovitelných zdrojů energie pro krytí energetické potřeby domu

Pro návrh energetické potřeby je nejprve nutno určit průměrnou spotřebu elektrické energie. Vzhledem k rozdílným parametrům v letním a zimním období je vhodné počítat spotřebu v jednotlivých měsících.

Hodnoty pro výpočet zisků elektrické energie z FTV panelů, jsou získány z nástroje NKN.

obnovitelne_zdrojeVětrání

Přívod čerstvého vzduchu do objektu je zajištěn rekuperační jednotnou, umístěnou v místnosti TZB, nacházející se v 1.NP.

  • přívod – obývací pokoj, ložnice, pokoje
  • odvod – kuchyň, WC, koupelna
  • transport – chodba, schodiště

Vytápění

Teplovodní topení je ohříváno energií z fotovoltaických panelů v integrovaném zásobníku tepla.

Příprava TUV

Teplá užitková voda se ohřívá v integrovaném zásobníku tepla pomocí energie získané z fotovoltaických panelů.

Popis konstrukčních variant

Bylo navrženo 12 konstrukčních variant, u nichž byly spočítány kritéria pro vzájemné porovnání. Součinitel prostupu tepla, svázané energie, CO2 a SO2, tloušťka, hmotnost a recyklovatelnost.

V následujících stránkách budete seznámeni s jednotlivými výsledky a také jejich vzájemným porovnáním. Konstrukce, která ze všech kritérií vyjde jako „vítězná“ (nejlepší) bude spočítán průměrný součinitel prostupu tepla a potřeba tepla na vytápění.

  • ŽELEZOBETON – Nosné stěny a stropy jsou z monolitického železobetonu, vnitřní výplňové konstrukce z betonových příčkovek systému BSK. Funkci tepelné izolace vykonávají desky z pěnového polystyrenu Styrotrade.
  • BS KLATOVY – Nosné stěny, stropy a vnitřní nenosné konstrukce jsou navrženy ze systému BS Klatovy, jedná se systém s betonovými tvarovkami, nosníky a vložkami. Jako tepelná izolace byla navržena kamenná vlna Rockwoll.
  • CIHLA PÁLENÁ – Nosné stěny jsou vyrobeny z cihel pálených plného formátu s kontaktním zateplovacím systémem s použitím tepelné izolace na čedičové bázi – Isover. Vnitřní výplňové, nenosné konstrukce jsou z cihel pálených. Strop je z keramických nosníků a vložek Phorotherm. Střešní krytina pálená taška Tondach.
  • LINDAB – Jedná se o stavební, ocelový systém. Funkci nosných prvků plní tenkostěnné ocelové profily, jak u stěny, stropu tak i u střechy. Tako tepelná izolace slouží sádrovláknité desky Fermacell. Celkově se jedná o velice subtilní a lehkou konstrukci.
  • HELUZ – Jde o cihelný, stavební systém. Na nosnou obvodovou stěnu byla použita tvarovka Heluz 50-K2in1 /50/. Stop je vyřešen také systémem Heluz, stropní keramické nosníky a keramické tvarovky.  Tepelná izolace na obvodovou stěnu nebyla použitá žádná, tvarovka s použitím tepelné omítky splňuje požadavky na prostup tepla.
  • NOVATOP SYSTEM – NOVATOP je ucelený stavební systém z velkoformátových komponentů vyráběných z křížem vrstveného, masivního dřeva. Tímto systémem jsou vyhotoveny všechny nosné i nenosné konstrukce, včetně konstrukce střechy. Jako izolační materiál slouží dřevovláknité desky STEICOPflex. Střešní krytina Tondach.
  • DŘEVO+KONOPNÁ VLNA – Funkci nosných obvodových stěn plní dřevěné trámky, vyplněné konopnou tepelnou izolací Canabest. Stropní konstrukce je navržena z dřevěných trámů. Vnitřní nenosné konstrukce jsou z dřevěných trámků opláštěných desky OSB. Systém byl navržen jako difúzně uzavřený, což se respektuje jak u střešní konstrukce, tak i u konstrukce podlahy.
  • CIHLA+SLÁMA – Nosným prvkem v této variantě jsou cihly pálené, plné. Izolantem je sláma uvnitř těchto cihelných bloků. Nosná konstrukce stropu je provedena pomocí dřevěného trámového stropu. Jedná se o difúzně otevřenou konstrukci.
  • DŘEVO+SLÁMA – Funkci nosných obvodových stěn plní dřevěné trámky, vyplněné slámovými balíky, jenž slouží jako tepelná izolacet. Stropní konstrukce je navržena z dřevěných trámů. Vnitřní nenosné konstrukce jsou z dřevěných trámků opláštěných desky OSB. Systém byl navržen jako difúzně propustný, což se respektuje jak u střešní konstrukce, tak i u konstrukce podlahy (provětrávané základy).
  • DŘEVO+FOUKANÁ IZOLACE – Hlavním nosným prvkem v obvodové a vnitřní nosné stěně jsou dřevěné trámy, vyplněné recyklovanou, papírovou, foukanou izolací Climatizer Plus. Strop je vyroben z dřevěných trámů. Střecha je sedlová, izolant foukaná papírová izolace. Jedná se o difúzně otevřenou konstrukci.
  • HLÍNA+OVČÍ VLNA – Obvodová konstrukce je vyrobena z dřevěných trámků, slouží jako nosná konstrukce, vyplněných uplácanou hlínou. Jako tepelný izolant byla použita ovčí vlna. Střešní plášť je taktéž zaizolován ovčí vlnou. Skladba je difúzně otevřená.
  • DŘEVO+MINERÁLNÍ VLNA – Funkci nosných obvodových stěn plní dřevěné trámky, vyplněné minerální vlnou Nobasil. Stropní konstrukce je navržena z dřevěných trámů. Vnitřní nenosné konstrukce jsou z dřevěných trámků opláštěných desky OSB. Systém byl navržen jako difúzně propustný, což se respektuje jak u střešní konstrukce, tak i u konstrukce podlahy (provětrávané základy).

01-soucinitel_prostupu_tepla

02-tloustky_kci03-enviromentalni-odpad04-recyklovatelnost05-vyhodnoceni

Závěr

Z výsledných hodnot lze zjistit, že nejlépe vycházejí konstrukce na bázi přírodních materiálů. Mají lepší recyklovatelnost, menší plošnou hmotnost a tolik nezatěžují životní prostředí, než například konstrukce železobetonová.

Můžete si všimnout, že na prvním místě „uvízla“ dřevěná konstrukce s minerální vatou a umístila se před konstrukcí dřevěnou s izolací ze slámy a konopnou vlnou. Tyto konstrukce mají velice podobnou spotřebu primární energie, spotřebu CO2 a nižší SO2, z druhé strany při přibližně stejném součiniteli prostupu tepla mají větší plošnou hmotnost a větší tloušťku konstrukce. Pak by záleželo například na ekonomickém hledisku, které pro potřebu studie nebylo počítáno, jaký systém by byl výhodnější, a možná by se změnilo i výsledné pořadí.

V dalším případě záleží na skladbě konstrukcí, pokud vyměníme materiály v těchto zvolených tipech konstrukcí, dojde ke změně všech výsledků, k lepšímu, či horšímu, to záleží na povaze onoho měněného materiálu.